Née à Nicomédie (Turquie), elle voulut rester vierge à une époque où ne pas se marier était inconcevable.
D'après la Légende dorée, Julienne était fiancée au préfet de Nicomédie, mais refusait de s'unir à lui tant qu'il resterait païen. Son propre père la fit battre et la livra au dit préfet éconduit, qui la fit fouetter puis suspendre par les cheveux, avant de lui faire verser sur la tête du plomb en fusion, puis, comme cela était sans effet, de l'enchaîner et de la jeter en prison. Là, elle vainc par la prière un démon qui tente de la persuader de sacrifier aux dieux. Le préfet la fit écarteler, mais un ange la guérit, et ce prodige permit la conversion d'un grand nombre de personnes. Le préfet lui fit alors prendre un bain de plomb fondu, qui parut à la sainte être un bain d'eau tiède. Il la fit donc décapiter.
D'après la Légende dorée, le fiancé éconduit et violent serait mort peu de temps après, noyé dans une tempête.
Sainte Julienne est particulièrement honorée dans la région d'Etampes depuis le Moyen Âge.
Le tableau Le martyre de sainte Julienne, dû à Barré, figure le martyre de Julienne de Nicomédie. Invoquée contre les maladies contagieuses et les douleurs de l'accouchement, elle est représentée ici dans la scène du chaudron. Devant son refus d'unir sa vie au païen Euloge, elle est plongée dans un chaudron de plomb fondu, qu'une intervention divine fait instantanément refroidir, et ce malgré les efforts des bourreaux. Julienne, le visage impassible, a les mains enchaînées et réunies en prière.